二维数控精密工作台设计说明书Word文档下载推荐.docx
《二维数控精密工作台设计说明书Word文档下载推荐.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《二维数控精密工作台设计说明书Word文档下载推荐.docx（24页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
2.本次设计的任务和设计的整体方案……………………………………………...7
2.1设计的任务………………………………………………………………….7
2.2设计的整体方案…………………………………………………………….7
2.2.1工作台总体结构的确定…………………………………………….8
2.2.2传动方案的确定…………………………………………………….8
3.机械系统的设计计算……………………………………………………………..9
3.1步进电机的初步确定………………………………………………………9
3.1.1步进电机的脉冲频率计算………………………………………….9
3.1.2步进电机的驱动转矩计算………………………………………….9
3.2滚珠丝杆选择………………………………………………………………10
3.2.1滚珠丝杆工作长度计算…………………………………………….10
3.2.2载荷计算…………………………………………………………….11
3.2.3额定动载荷计算…………………………………………………….12
3.2.4稳定性校核………………………………………………………….13
3.2.5滚珠丝杆副的刚度计算…………………………………………….14
3.2.6滚珠丝杆零件图…………………………………………………….14
3.3轴承的选择………………………………………………………………....15
3.4滚动直线导轨选择…………………………………………………………15
3.4.1导轨额定寿命计算………………………………………………….16
3.4.2导轨工作载荷计算…………………………………………………..17
3.4.3滚动导轨零件图………………………………………………………17
3.5联轴器的选择……………………………………………………………….18
3.5.1联轴器传递功率确定………………………………………………..18
3.5.2联轴器的选定………………………………………………………18
3.6系统整体性能计算………………………………………………………..19
3.6.1步进电机轴上总当量负载转动惯量计算…………………………19
3.6.2系统刚度计算………………………………………………………19
3.6.3系统固有频率计算…………………………………………………20
2.6.4系统死区误差计算…………………………………………………20
3.6.5由系统刚度变化引起的定位误差计算……………………………20
4.二维数控精密工作台装配图................................................................................22
5.总结………………………………………………………………………………..23
参考文献……………………………………………………………………………....24
1概述
1.1设计的目的
“精密机械设计基础”课程设计作为实践环节对于整个课程具有非常重要的意义。
在这次课程设计中不仅仅是完成一项指定的任务，更重要的是实际走过一个完整的设计过程。
学生在课程设计中定位为设计者，对方案进行筛选论证，考虑结构工艺性和选材。
整个设计采用AutoCAD和Solidworks完成，从3D建模到2D图纸。
要求学生至少做出一张可用于加工的图纸，图纸的尺寸标注要合理，要有尺寸公差和行为公差，要正确选择材料，要有技术要求。
总之，通过本次课程设计使学生知道，设计过程包括哪些步骤，能够投放生产的加工图纸是什么样子的。
其目的是:
（1）具体应用、巩固加深和扩大课程及有关先修课程的理论知识、生产知识，了解精密机械设计的一般设计方法和步骤，培养学生的实际设计能力，为以后进行毕业设计打下基础。
（2）掌握正确的设计思想，并通过本次课程设计使同学们掌握仪表的设计思想。
1.2设计的意义
精密机械课程设计是一次比较完整的精密机械设计，它是理论联系实际、培养初步设计能力的重要教学环节。
对于学生能力的培养具有重大意义。
1.3数控技术发展概况
随着生产和科学技术的发展，特别是随着航天、航空、造船、电子和兵器等工业部门的发展，机械产品日益精密、复杂，而且改型频繁，普通机床已不能完全适应这些部门的加工要求，如对一些复杂的曲线、曲面所构成的零件，手工操作甚至根本无法进行加工。
因此，数控机床已成为现代工业生产必不可少的设备。
以数控机床为代表的数控设备的生产与应用水平，反映出一个国家的机械与电子工业水平，它的研制和推广应用，对于提高劳动生产率和产品质量，改变我国制造技术落后的状况，使我国机电产品走向世界，起着极为重要的作用。
数控设备是指通过数字化操作指令进行控制的一种设备，其基本结构如图1-1所示：
图1-1数控设备基本框图
目前世界上在数控技术方面比较先进的国家主要有：
德国、日本和美国，它们的设计制造技术代表着当今世界的最先进水平，比如德国的德马赫，日本的横河。
而作为世界上新兴的制造业大国，我国在数控技术方面任重而道远，这需要我们这一代人更加的努力，才能赶上和超过世界上其它先进国家，使我国成为真正的制造业强国。
数控设备的发展方向：
随着微电子技术和计算机技术的发展，数控设备性能日趋完善，数控设备应用领域日趋扩大。
科学技术的发展，推动了数控设备的发展，各生产部门加工要求的不断提高又从另一方面促进了数控设备的发展。
当今数控设备正不断的采用新的技术成就，朝着高速度化，高精度化，多功能化，智能化、小型化、系统化与高可靠性发展。
图1-2德国生产的数控设备
1.4二维数控精密工作台的原理
1.4.1二维数控平台
如图1-3所示为二维数控平台实验原理样机原理图，图1-4为二维数控平台实物照片。
二维数控平台可以实现X、Y两个方向的运动，通过两个方向运动的合成，可以实现任意平面轨迹。
图1-3二维数控平台实验机原理图
此试验机装有一支笔，固定不动，在工作台上放上纸，工作台在运动时，就可以在纸上画出预先给定的图形。
二维数控工作台的主要结构件有：
底座、滚珠导轨、滚珠丝杆、四杆支架、托盘、工作台、步进电机支架等等。
图1-4二维数控平台实物照片
1.4.2曲柄连杆机构
图1-5曲柄连杆机构
图1-5曲柄连杆机构的原理图，图1-6为曲柄连杆机构的实物照片。
图1-5所示的曲柄连杆机构在连杆上的任意点A，在曲柄回转时，均可画出一条封闭的曲线，但这条封闭的曲线是固定的，往往不能按照人们的预先要求来实现。
要实现某些固定的曲线，就要确定连杆上某点的位置，而确定这点的位置往往是很复杂的。
图1-6曲柄连杆机构实物图
2本次设计的任务和设计的整体方案
2.1设计的任务
设计一个数控X-Y工作台，该工作台可用于铣床上坐标的加工和塑料、铝合金零件的二维曲线加工。
其实际结构如下图：
图2-1二维工作台实物图
设计的各项参数如下表：
表2-1设计主要参数
负载重量G
最大快移速度
重复定位精度
定位精度
调节范围
（X轴）
（Y轴）
台面尺寸
C
B
H
150N
1m/min
0.025mm
130mm
145
mm
160
12
2.2设计的整体方案
本次设计的二维数控精密工作台由于不对控制部分进行设计，而仅仅对机械部分进行设计，故确定整体设计方案如图2所示：
采用步进电机对工作台进行驱动，经联轴器后，带动滚珠丝杆传动，从而实现二维数控精密工作台的纵向（Y轴）、横向（X轴）进给运动。
图2-2整体设计方案
2.2.1工作台总体结构的确定
（1）步进电机2个（分别用于X、Y方向）；
（2）滚珠丝杆2套，应分别对其进行分析设计，以满足两者不同的受力情况；
（3）滚动导轨：
双导轨，四滑块；
（4）工作台面；
（5）联轴器2个、轴承座、轴承挡圈以及丝杆螺母等等。
2.2.2传动方案的确定
传动顺序为：
步进电机减速器滚珠丝杆工作台
要求在X、Y方向应满足：
其中，分别为X、Y方向的脉冲当量，这里脉冲当量为25step。
3.机械系统的设计计算
3.1步进电机的初步确定
根据已设传动条件：
X、Y方向的脉冲当量step。
脉冲当量较小，在这里选用反应式步进电机，它具有步进角小，频率高的特点。
查《机械零件设计手册》可拟选步进电机型号为：
110BF5-1.5,其相关参数如下表：
表3-1110BF5-1.5的相关参数
型号
机座号
相数
额定电压
V
额定电流
A
110BF5-1.5
110
5
80/12.80
8
歩距角
额定载荷转矩
/
轴径
空载启动频率
Hz
静态力矩
N．m
1.5/0.75
--
10
2000
30000
采用单相通电方式，则歩距角。
3.1.1步进电机的脉冲频率计算
典型工况下，步进电机的脉冲频率和分别为：
式3-1
式3-2
经验算，该型号步进电机可满足设计要求
3.1.2步进电机的驱动转矩计算
经查手册可知：
典型工况下，步进电机的驱动转矩和分别如下图所示。
图3-1步进电机110BF5-1.5的矩频特性图
由上图可看出，该型号步进电机在脉冲频率为667p/s时，其转矩约为；
足以满足设计的需求。
故可以选用该型号电机。
3.2滚珠丝杆选择
已知条件：
表3-2
负载重量
N
m/mim
150
130
1
0.025
表3-3
Mm
行程
滚珠丝杆基本导程
滚珠丝杆公称直径
4
20
3.2.1滚珠丝杆工作长度计算
式3-3
横向（X轴）丝杆工作长度：
横向（X轴）丝杆工作载荷：
工作台重量：
（其中，选取工作台材料为灰铸铁，密度：
重力加速度取）
纵向（Y轴）丝杆工作长度：
纵向（Y轴）丝杆工作载荷：
横向（X轴）方向臂重量：
（其中，包括X轴向的滚动导轨、滑块等的重量）
3.2.2载荷
可以设定工作台的适用工况为：
每天工作8小时，每年300个工作日，可连续工作6年以上。
查《机械零件设计手册》，可选滚道截面形状为双圆弧形；
滚珠循环方式为内循环固定式；
预紧方式采用双螺母垫片式。
丝杆材料：
钢；
滚道硬度:
。
又根据设定工况查手册可得：
载荷系数：
ƒd=
安全系数：
ƒj=
表3-4滚珠丝杆的载荷系数ƒd和静安全系
升级会员 